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引 言
控制器是智能機(jī)器人處理和控制信息的主體，它直接決定了機(jī)器人的行為和性能。近幾年來隨著高性能微控制器和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，為各類實(shí)時(shí)控制應(yīng)用提供了解決方案。
嵌入式系統(tǒng)(ES)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、語音圖像數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，甚至傳感器等先進(jìn)技術(shù)和具體應(yīng)用對象相結(jié)合后的系統(tǒng)，其是硬件和軟件緊密捆綁在一起的系統(tǒng)。將嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用于滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，對機(jī)器人的性能智能化、網(wǎng)絡(luò)化、小型化都有了明顯提高。
比賽用滅火機(jī)器人需要機(jī)器人有智能較高的自動(dòng)控制性能與可靠的機(jī)械控制性能的同時(shí)保證，才能在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確尋找到火源并滅火回家。在此以ARM9處理器為核心，對基于嵌入式系統(tǒng)的智能滅火機(jī)器人進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本文將從硬件和軟件方面講述智能滅火機(jī)器人控制器的實(shí)現(xiàn)方法，并且給出了機(jī)器人滅火的具體實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了方案的可行性，為智能滅火機(jī)器人的進(jìn)一步研究提供了平臺(tái)。
1 滅火機(jī)器人的描述
滅火機(jī)器人的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，它的主要構(gòu)件有：紅外發(fā)射傳感器(6個(gè))，紅外接收傳感器(6個(gè))，聲音傳感器(1個(gè))，滅火風(fēng)扇(前后各1個(gè))，遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅鞯?前后各7個(gè))。其中紅外發(fā)射和接受傳感器的配合使用可以使機(jī)器人自動(dòng)避障行走。遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢詸z測光的強(qiáng)弱，用于判斷房間是否有火以及趨光滅火。聲音傳感器用于啟動(dòng)。基于實(shí)踐，風(fēng)扇滅火更為可靠，所以選用風(fēng)扇滅火。
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3 滅火機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于嵌入式微處理器對實(shí)時(shí)任務(wù)具有很強(qiáng)的支持能力，可以完成多任務(wù)并且具有較短的中斷響應(yīng)。因此在設(shè)計(jì)過程中，采用嵌入式ARM9為核心的控制器(ST公司的STR911FAM44)，實(shí)現(xiàn)了以極少的周邊芯片獲得齊全的功能。ARM9處理器具有體積小，功耗低，性能高的特點(diǎn)。它集成了28路模擬信號(hào)采集通道，可以兼容數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，每路精度為10位，因此可以分辨3 mV特的輸入電壓變化。8路高速數(shù)據(jù)采集通道每秒可采集50萬次信號(hào)。該處理器內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu)，每秒可執(zhí)行1.1億條機(jī)器指令，這樣的強(qiáng)大功能可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高速精確地按照規(guī)定路徑行走，并且機(jī)器人的CPU能夠?qū)崟r(shí)迅速地讀取多個(gè)傳感器端口數(shù)值，在較短的時(shí)間內(nèi)完成對各端口數(shù)值的存儲(chǔ)、運(yùn)算和輸出等多種任務(wù)。在主控制器核心CPU的基礎(chǔ)上，將各種功能模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等連接到CPU的引腳上。控制器總共有28路模擬采樣接口。ARM9控制器的系統(tǒng)圖如圖3所示。
(3)若正前距離很大，右前距離適中，就直行;
6 結(jié)語
實(shí)際測試證明該設(shè)計(jì)的滅火機(jī)器人能夠較好完成滅火任務(wù)，具有一定參考和使用價(jià)值。該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處為：以AM09為核心的嵌入式系統(tǒng)的控制器運(yùn)行速度高，能夠高速采集和處理傳感器系統(tǒng)信號(hào)，并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)8 s內(nèi)完成任意房間滅火;該設(shè)計(jì)采用了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，大大提高了機(jī)器人處理信號(hào)的能力;STR911FAM46和AVR-ATMEGA8-16PC的選用在實(shí)現(xiàn)了功能強(qiáng)大的同時(shí)，保證了良好的擴(kuò)展性，并且成本較低，有利于智能機(jī)器人早日實(shí)現(xiàn)市場化;雙電源供電系統(tǒng)的引入，使機(jī)器人的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠;通過沿墻行進(jìn)規(guī)則的設(shè)計(jì)，機(jī)器人的靈敏度和適應(yīng)外界變化的特性明顯提高，且程序簡捷，有利于模塊化編程。
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